欧姆定律的实验探究范例6篇
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欧姆定律在初中物理电学知识体系中占有极其重要的地位。作为一个实验定律,它的得出依赖于实验探究。初中阶段对欧姆定律的探究主要是针对部分导体的欧姆定律。
苏科版物理教材中欧姆定律处在一章的第三节,在探究欧姆定律之前,学生已经学习的电学内容有:初始家用电器和电路,电路连接的基本方式(串并联电路的认识),电流和与电流表的使用,电压和电压表的使用,电阻,变阻器。通过这些内容的学习,学生已经知道改变电流大小的两种方法:1. 改变电路中的电源电压;2. 改变电路中的电阻。带着这样的知识基础,进行欧姆定律的探究学习。
教学过程中,按照教科书上实验电路图,采用控制变量的方法,根据实验探究的一般过程进行两次实验。因此在利用教材中的实验设计进行教学的过程中遇到了一些有待商榷的问题。
问题1:“移动变阻器的滑片,改变滑动变阻器连入电路的电阻,可以改变电路中的电流,但为什么就可以改变加在电阻两端电压呢?”
问题2:“调节变阻器,使电阻R两端电压改变,为什么同样是调节变阻器,却又是使加在R两端的电压不变呢?”
分析:学生对电流的认知是通过教材中用水流做类比,从而知道电压是形成电流的原因。从认知的过程来看,正是因为有了电压,才会有电流的产生。
而在本书欧姆定律的探究实验中,二次实验都是通过移动滑动变阻器来改变电流的大小,利用欧姆定律的原理,从而改变了电阻两端的电压或使不同电阻两端的电压不变。这样就会给学生有一个错误的印象:“电阻改变电流,电流改变电压”。使学生认知电流、电压的因果关系上容易出现倒置,认为电压的改变是由于电流的变化而引起的。因此在未探究出欧姆定律之前,根本不可能向学生解释他们提出的这两个问题。更严重的是在课后的作业反馈中,有学生对于这个的实验做出了错误的总结:在电阻一定时,电压和电流成正比。所以这个实验设计在学生探究学习欧姆定律的思维逻辑上存在着错误的引导,必须加以改进。
本人认为问题产生的根本原因就出在滑动变阻器在实验中的引入。
虽然滑动变阻器的联入使实验操作更为方便更为简单,但产生的负面影响是巨大的,导致了学生知识认知逻辑上的混乱,迷惑,弊大于利。本人提出的改进建议是舍去滑动变阻器:
电阻不变时,探究电流与电压的关系的实验中,完全可以舍去滑动变阻器,直接把电阻接入电路,通过直接改变电源电压的方法来进行实验。
电压不变时,探究电流与电阻的关系。而舍去滑动变阻器后,通过固定的电池数目的方法很难实现电阻两端的电压不变。其原因在于电池组存在一定的内阻,就会导致路端电压随外电路电阻的变化而变化(外电路电阻变大路端电压也变大),而不能达到控制电压不变的目的。同时电压表示数的变化也会引起学生的质疑。初中阶段,由于电池的内阻不作要求,因此最合适的方法就是采用输出电压恒定的学生电源进行实验。
综上分析,本人设计这样的探究实验:
实验器材:学生电源,电阻箱(或若干已知阻值电阻),电压表,电流表,导线,开关
实验步骤:按实物图连接好电路:
实验一,先保持电阻R不变,通过调节学生电源的输出电压(电压取值要小),研究电流跟电压的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验二,保持学生电源输出电压不变,调节电阻箱的阻值,研究电流和电阻的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验总结:将两方面结论综合,归纳出欧姆定律。
欧姆定律有效性反思电路设计滑动变阻器教材安排是通过实验探究来研究电流与电压电阻关系,从而得出欧姆定律。这样安排比较好,但实际学生动手参与率不高,学生的科学探究有效性不高,有点照本宣科,对欧姆定律不能真正实现探究的思想,如何改变你?
欧姆定律(初中学习的是部分电路欧姆定律)作为一个重要的物理规律,反映了电流、电压、电阻这三个重要的电学量之间的关系,是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的金钥匙。
欧姆定律这节课的特点是,十分重视科学方法教育,重视科学研究的过程。让学生在认知过程中体验方法、学习方法,了解得出欧姆定律的过程。了解运用“控制变量法”研究多个变量关系的实验方法,同时也为进一步学习电学知识打下了基础。
教材安排是通过实验探究来研究电流与电压电阻关系,从而得出欧姆定律。这样安排比较好,但实际学生动手参与率不高,学生的科学探究有效性不高,有点照本宣科,对欧姆定律不能真正实现探究的思想。究其原因有三点:
1.本实验是用欧姆定律来研究欧姆定律由于学生还没学习欧姆定律很难理解为什么调节滑片的位置就能改变或保持这段电路两端的电压。
2.学生很难正确区分一段电路和整个电路两个概念及它们之间的关系,在本实验中研究AB这段电路中的电流与电压和电阻的关系时不容易将这段从整个电路中分离出来,更不会分析探究它们之间的关系。
3.在一个电路图中却要分次研究两个实验规律先研究电流与电压的关系,后又更换电阻,研究电流与电阻的关系,学生很难理解,更别说自己设计这个电路来探究其中规律了。
以上是学生探究实验和分析实验电路的障碍,如何来解决呢?
在教学中笔者对实验教学做了适当的改变。让学生自己分两步实验来设计电路探究规律:先激疑,后激智,引出正确的电路设计,再完成正确的实验操作。
第一步,研究电流与电压的关系,他们的设计是:保持电阻不变,用改变电池节数来改变电池两端的电压。(因为学生很容易想到串联电池越多电压越大),于是我说,那你们就按你们的思路去探究,结果是能得出:电阻一定时,电压越大,电流越大,却得不出:电阻一定时,电流与电压成正比的关系。此时,他们反问:问题出在哪呢?我接着反问:你们怎么知道定值电阻两端的电压是在成倍数的变化呢?学生马上回答,因为电池是成倍的增加啊,我说,那你们用电压表测测看,一测发现电压并没随电池节数的成倍增加而成倍增大,学生反问:那怎么办?有学生很快想到上节课学到滑动变阻器可以调节电压,立即就串联了滑动变阻器上去,结果,水到渠成,完成了该实验,而且不用改变电池节数。现在再反问学生这两种电路设计的区别在哪,问题在哪,优势在哪,这时老师点拨一下:因为导线也有电阻,学生就会豁然开朗,会心一笑,经过一次挫折他们重新设计出探究电流与电压关系的电路,同时也自行将这段电路从整个电路中分离出来,研究出这段电路中电流与电压的关系:电阻一定时,电流与电压成正比的关系。
第二步,研究电流与电阻的关系,起初他们的设计是:保持电池节数不变,再改变电阻。(因为学生很容易想到串联电池节数不变,电压也不变),很快,有些学生就想到在第一步中出现的问题,于是想到可以用滑动变阻器控制电压不变,只要在原来的电路图上改变电阻就行了,并想到如用电阻箱来改变就更好了,因为不仅改变方便,能多次成倍数改变电阻,并且能知道电阻的值,这样也更方便找到电流与电阻的更具体的关系。
这样分两个实验电路图分别设计,分别实验,避免了照搬照抄,死记硬背的教学模式,实验从开始设计到实验障碍,再到改进实验,总结规律,都是学生亲身实践,学生真正理解了:
1.两步实验中为何要用滑动变阻器,如何用滑动变阻器?
在研究电流与电压的关系时,如果不用滑动变阻器,虽然能够测量出R两端的电压和其中的电流,但该电路只能测量出一组电压和电流的值,而从一组电流和电压的数据是无法找出二者之间的关系的,应该再测几组电压和电流,因此就需要改变R两端的电压,用滑动变阻器可以成倍地改变R两端的电压,简单方便,当然也可以采用改变电池节数的方法,但因为导线有电阻,很难成倍地改变R两端的电压,比较下来,当然是用滑动变阻器更方便快捷。同时,滑动变阻器还可以起到保护电路的作用。
2.用控制变量法探究电流I与电阻R之间的关系实验中,应该如何操作?探究电流I与电压U之间关系时,应该如何操作?
探究电流I与电阻R之间的关系时,如何保持电压U不变?即改变定值电阻的阻值的同时,该电阻两端的电压就发生了变化,因此,要及时调节滑动变阻器以保持电压不变,观察并记录电流表的示数随电阻的变化关系。
探究电流I与电压U之间关系时,要不断的改变电压,即保持定值电阻的阻值不变的同时,要改变电阻两端的电压,因此,要及时调节滑动变阻器使电压成倍地变化,观察并记录电流表的示数随电压的变化关系。
总之,这样改进充分发挥了实验的作用,降低了教学环节中学生遇到问题的难度,调动了学生的学习兴趣和积极性,更深入地理解和掌握了知识。既培养了思维能力,又培养了实验能力,进一步实现了以教师为主导、学生为主体、思维为核心、能力为目标的教学理念,开阔了学生思路,有效地提高物理教学质量。
参考文献:
[1]教育部.初中物理新课程标准(实验稿).
1、“闭合电路的欧姆定律”是人教版新课标高二物理选修3-1《恒定电流》第七节的内容。本节课是在学习了部分电路欧姆定律、焦耳定律以及电动势等概念的基础上进行的,是分析各种电路的基础,既是电学的重要规律之一,也是本章的教学重点。
2、从教材结构看,教材采用传统的处理方法:先利用能量守恒导出闭合电路的欧姆定律,进而得出路端电压随着外电阻变化的规律。这样的程序,数学演绎推理的味道很浓,加之没有令人信服的实验,缺少了对物理规律的感性认识的过程,学生难以形成比较深刻的理解。
二、学情分析
1、从学生的认识结构和能力水平来看,学生不知道电源的内阻对闭合电路的影响,因此,常常把路端电压看成是不随外电路变化的。这种先入为主的错误观念,容易形成思维定势,仅通过几次讲解是难以逆转的。
2、学生已学习了电动势、内电阻、外电阻等概念,知道部分电路的欧姆定律。
三、教学目标
1、基础知识技能方面:
(1)导出闭合电路的欧姆定律
(2)研究路端电压的变化规律,掌握闭合电路中的
(3)学会运用闭合电路的欧姆定律解决简单电路的问题,知道闭合电路中能量的转化。
2、能力方面:
(1)通过实验,让学生积极主动的探求科学结论,成为知识的探索者和“发现者”,在获得知识的同时发展能力。
(2)通过分组随堂实验,培养学生利用实验研究,得出结论的探究物理规律的科学思路和方法,加强对学生科学素质的培养。
(3)通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3、思想及情感方面:
A.通过外电阻改变引起电流、电压的变化,树立学生“事物普遍联系”的观点。
B.通过分析外电压变化的原因,了解内因与外因关系。
C.通过短路电流的模拟实验,加强学生的安全用电意识。
D.通过先猜想再验证的教学模式,培养学生“大胆猜想,小心求证”的科学研究态度以及合作实验的意识。
四、重点难点
1.重点:闭合电路的欧姆定律的导出
2.难点:路端电压的变化规律,
应用闭合电路的欧姆定律解决简单的实际问题
五、突破重难点的教学设计思想
1、营造能引起学生认知冲突的问题情景
设计一个如图1所示的电路,让学生先猜测再观察实
验现象。(小灯接电动势为3v电源时较亮)让学生产生强烈的认知冲突,激发了他们的探求新知的动机,为突破重难点提供了良好的开端。
2、让学生积极主动地去归纳物理规律、构建自己的正确理解
教师演示实验, 让学生在实验数据中探索出“新”的物理规律,使学生在探研过程中分析、归纳、推理的能力得到提高,同时也突破了教学难点。
六、课前准备
【教学用具】
自制演示实验电路板、干电池、安培表、伏特表、滑动变阻器、电键、导线、课件等。
七、教学过程
(一)创设情景引入新课
演示实验一:电源电动势增大时小灯泡的亮度变化
教师出示电路板,小灯泡与两节干电池串联,闭合开关,小灯泡发光。在原电源的基础上,再串上4节干电池,让学生猜想:闭合开关后,小灯泡可能会发生什么现象?
教师演示:发现小灯泡变暗了。
留下疑问:是什么原因导致小灯泡没有变得更亮,也没有烧坏,而是变暗了呢?
(二)新课教学
1、闭合电路的欧姆定律的推导
设问:我们已经学习了电动势,知道电动势是反映电源将其他形式的能量转化为电能本领的物理量,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压,那如果电源接入了电路,电动势与内电压、外电压之间又有怎样的关系呢?
演示实验二:E与U内、U外的关系
教师向学生介绍可变内阻电源装置。让同学们仔细观察两个电表的读数并记录五组数据。教师边演示边让学生记录数据。
2、路端电压与负载的关系
探究活动二:路端电压与负载的关系
老师引导学生设计电路图。让学生分组实验探究路端电压与负载的关系,注意短路、断路两种特例的分析,记录实验现象。
演示实验三:低压电源短路
电路短路时,电路当中的电流非常大,会造成很严重的后果,生活中一定要避免短路的发生。教师演示模拟电源短路的小实验(为了安全起见,只用10V的学生电源),加强学生安全用电意识。
教师:通过实验我们研究了路端电压和负载的关系,在实验过程中我们发现当外电阻变化时,电流会变,路端电压也会变,那路端电压和电流之间会不会有直接的关系呢?
探究活动三:路端电压与电流的关系(推理法与图象法相结合)
引导学生利用闭合电路的欧姆定律推导路端电压与电流关系的数学表达式:教师:大家利用所学的数学知识推断一下:若以电流为自变量,路端电压为因变量,那么
函数图象应该是怎样的?
教师利用幻灯片展示一张U-I图像,让学生观察这张图像,思考直线与Y轴、X轴的交点分别代表什么物理意义,引导学生深刻理解图像。
探究活动四:闭合电路中的功率关系
教师:引导学生推导得到有关功率的相关结论:
教师:学习了有关闭合电路的欧姆定律相关的知识后,我们一起来看看在刚上课时所留下疑问:电源电动势由3V变成9V,为什么小灯泡会变暗呢?
学生自己分析,推测小灯泡变暗的原因。
演示实验四:多个小灯泡并联时的亮度变化
例题:当开关逐渐闭合时,小灯泡的亮度会发生怎样的变化,电压表的读数呢?
教师展示电路板,先让学生自己分析,再用实物演示讲解。
在深化教育改革、全面推进素质教育的今天,各学科都在实施新课改,目的是培养高素质的人才。新课改促使我们教育工作者的教育思想发生革命性转变,从应试教育向素质教育转轨,这是中国教育发展的必然趋势。初中物理作为培养学生科学素质的一门重要课程,其教学现状与素质教育的要求有一定的差距。相当一部分学生对物理知识的学习及分析问题和解决问题的能力也还存在一定的问题,这也是当前物理教学中开展素质教育的一个障碍。新课程标准下的物理教学,作为教师应树立一切为学生的发展的教育思想。在教学中要关注每一个学生,注重学生的全面发展,提倡学习方式的多样化。在教学中教师要充分调动学生学生的积极性、主动性和创造性,激励学生最大限度地参与到教学中去,全面提高学生的素质。
二:班级基本情况分析
本学期的几个班通过上学期期末考试看,每个班的学生成绩 差距大,好成绩的学生少,学空生较多,上课时学生的积极性不高,不够灵活,有极个别学生上课不听课,课后不做作业,没有形成良好的生活和学习习惯。这就需要在以后的教学中进一步改进教学方法,优化课堂教学,激发学生学习兴趣,创新学生的思维,圆满完成教学任务。
三:教学内容分析
本学期教学时间共计二十二周,除去节假日,实际授课二十一周,教学时间紧张,教学任务繁重。本学期的教学内容从第十三章到第十八章共计六章,前两章为热学内容,后四为电学内容,这些内容比较抽象,特别是电路图分析对学生更是困难。
第十三章和第十四章内容有:分子热运动、内能、比热容、热机、热机的效率、能量守恒定律。这些内容是在学习了机械能的基础上,把能量的研究扩展到内能。教材首先介绍物质是由分子组成的,通过扩散现象引出热运动的概念,在分子动理论的基础上说明内能是所有分子热运动动能和势能的总和,通过实验说明热传递和做功都可以改变物体内能,并引出热量和比热容的概念。通过实验探究活动加深对比热容是物质的一种特性的理解,教材列出比热容表,让同学们知道水的比热容最大在实际生活中的应用,要求同学们能进行简单的热量计算。内能的利用教材中重点讲了热机的例子介绍热机的结构和工作原理。最后给出了能量守恒定律,这一节是对本章及以前所有的物理知识从能量观点进行的一次综合。
第十五章的教学内容是学习电学概念和规律的基础,生活中又经常用到,所以在讲解知识技能的同时,特别应该强调过程与方法的学习。教材尽可能多的联系是实际,提倡多动手,由学生经历与科学工作者进行科学探究相似的过程,体验科学探究的乐趣,领悟科学思想和精神。“电流和电路”的基本概念和它们在电路中的基本规律是本章的核心。
第十六章主要学习电压和电阻。“电压、电阻”是初中电学的重要内容,是学习电学基本规律的必备知识。本章是在学习“电流和电路”知识的基础上对电学知识学习的深入,是进一步落实课标标准,培养学生科学素质的必然要求。电压是电学三大基本概念之一,是学习欧姆定律的前提和基础,电压表的使用和变阻器的使用又是学生探究电学基本规律,进行后续电学知识学习的保障。
第十七章主要学习欧姆定律。欧姆定律是初中电学知识的基础和重点,处于电学的核心地位。欧姆定律是电流、电压和电阻之间关系的体现,也是学习下一章“电功率”的基础,同时也是学习高中物理中的闭合电路欧姆定律、电磁感应定律、交流电等内容的基础。本章通过探究电阻上电流跟电压的关系,明确电流、电压、电阻的关系,在探究结果的基础上得出欧姆定律。并利用欧姆定律对串、并联电阻的规律进行定性的分析。通过测量小灯泡的电阻的方法,探究测量导体的方法,这是欧姆定律在解决实际问题中很好的应用。通过这些探究活动,让学生领悟探究的全过程,特别是对实验的评估和对实验数据的分析,进一步学习利用控制变量法。
第十八章主要学习电功率。本章是在学习欧姆定律的基础上,把电学的研究扩展到电能和电功率,是对电学基本规律学习的深入,是电学规律的大综合,是初中电学知识的终极目标和核心。本章包括“电能”和“电功率”这两个重要的物理规律。同时介绍了电热的作用和有关安全用电方面的知识。从课程标准要求上看,这些内容都是初中电学的重要内容,同时电功率也是初中电学中最复杂的内容,是电学中的重点、难点。
四:教学措施
1:加强师生情感的交流,建立和谐平等的师生关系。“教”的目的是为了学生能够主动,积极地“学”。只有教师热爱学生,才会主动了解、关心学生。而学生又会从内心感激老师的帮助和指导,这样激发了学生奋发学习的精神,让学生主动地学,高兴地学,愉快的学。
2:运用多样化的教学方法,增加学生的学习兴趣。新课程物理教学方法多样化是时代的需要,在物理教学中可采用实验探究法,问题讨论法,调查事实法等。尤其实验教学应突出实验、观察与操作的趣味性,进而转化为学生的积极求知欲。
3:开展多样化的课外活动,巩固课堂学习内容。教学的空间不要只局限于课堂,教学模式也不再是那种上课由老师灌,课下围着习题转的传统的教学模式。中学生有一定的自主性,他们乐意按照自己的思维行事,解决问题。教师应尽量满足他们的要求如建立航模组、板报组、无线电小组、小制作组等让物理走进生活。使学生在实践中受到锻炼,增长才干,让物理爱好者充分发挥特长。
4:对学困生给予特别的照顾和关心,努力做好后进生转化工作。在教学中努力与中差生多相互交流如提问时容易回答的问题让他们回答,及时表扬,鼓励。为中差生多创造一些与好生参与学习的机会。
五:附教学进度表
周次 起讫时间教学内容课时备注
19.1---9.713.1分子热运动
13.2内能1
实验
29.8---9.1413.3比热容
复习及测试2
1中秋节
39.15---9.2114.1热机
14.2热机的效率1
49.22—9.2814.3能量的转化和守恒
复习第十四章及测试1
59.29---10.5国庆长假
610.6--- 10.1215.1两种电荷
15.2电流和电路
710.13---10.1915.3串联和并联
15.4电流的测量1
1月考
810.20-10.2615.5串、并电路中电流的规律
复习第十五章测试1
1+1
910.27—11.216.1电压
16.2串、并电路中电压的规律1
1011.3—11.916.3电阻X 16.4变阻器1
1111.10-11.16复习第十六章测试1+1
1211.17-11.2317.1电流与电压和电阻关系
17.2欧姆定律1
1311.24---
11.3017.3电阻的测量
17.4欧姆定律应用1
2月考
1412.1—12.7复习第十七章测试1+1
1512.8-12.1418.1电能、电功
18.2电功率 1
1612.15—
12.2118.3测量小灯泡的电功率
18.4焦耳定律
1712.22-12.28复习第十八章测试1+1
1812.29—1.4复习热学内容 元旦
191.5—1.11复习电学内容
关键词:探究性实验教学; 闭合电路欧姆定律; 模拟实验; 学生实验
中图分类号:G642.0 文献标识码:A文章编号:1006-3315(2014)05-155-002
在科学技术快速发展的今天,实施以创新精神和实践能力为重点的素质教育,重要的着眼点是转变学生的学习习惯和学习方式。大多数民考民预科生模仿性学习心理是构成接受知识的主要因素。这种依赖性强,靠模仿去接受知识的习惯,是一种较为简单的学习心理,民考民预科生普遍认为物理难学。究其原因难在学生各方面能力与预科物理学习要求的差距大。预科阶段,乃至大学阶段,要求自主学习物理。不同于自学,它是指学生在教师的指导下,以学生自己的体验、参与和探究为主,从自身社会生活实践中获取物理知识,并创造性地解决生活中的问题的一种学习方法。怎样才能把课堂教学与探究性学习、发现性学习和自主性学习相结合?在大力倡导探究性实验教学的今天,迫切需要大量优秀的、具有创新性的探究实验来丰富我们的课堂教学。为此,我们立足民考民预科生学习特点,对探究式实验教学作一些有益的尝试,希望能够引领学生较为深入地学习物理的相关理论、方法、技能;提高学生的科学素养,激发学生实验探究的兴趣;增强学生的创新意识;培养学生实事求是,严谨认真的科学态度;养成交流与合作的良好习惯;发展学生的实践能力。本文就《闭合电路欧姆定律》一节做探究性实验教学设计。
一、教材和教学对象分析
闭合电路的欧姆定律主要分为电动势和闭合电路的欧姆定律两部分。电动势的概念是闭合电路欧姆定律的关键和基础。其基本内容有两个方面:电源电动势由电源本身性质决定的,它表征了电源将其他形式的能转化成电能本领的大小。电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,在闭合电路里电源电动势等于内外电压之和。本节难点是路端电压和外电阻之间的关系。学生通过多媒体的仿真实验记录数据,导出规律,使学生有感性的认识,课后让学生进入实验室,在做好仿真实验的前提下,进行实验,验证结论,减少盲目性。
二、教学目标
1.知识目标
理解电动势的定义。理解闭合电路欧姆定律及其公式,并能熟练地用来解决有关的电路问题。理解路端电压随电流(或外电阻)关系的公式表达和图象表达,并能用来分析、计算有关问题。知道闭合电路中能量的转化。
2.能力目标
通过路端电压与外电阻的关系实验探究,培养学生利用“实验研究,得出结论”的科学思路和方法。研究路端电压与电流的关系公式、图象及图象的物理意义,培养学生应用数学工具解决物理学问题的能力,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3.情感态度与价值观
通过多媒体仿真探究实验和课后的学生探究实验,激发学生求知欲和学习兴趣,享受成功的乐趣,体会物理学研究的科学性。通过分析路端电压与电流(外电阻)的关系,培养学生严谨的科学态度,感受物理之美。通过学生之间的讨论、交流与协作探究,培养团队合作精神。
三、教学重点
闭合电路欧姆定律。路端电压与电流(外电阻)关系的公式表示及图象表示。
四、教学难点
电动势的概念。路端电压与电流(外电阻)关系。
五、教学思路
《闭合电路欧姆定律》是学生感到较为难以理解的知识点,电动势的物理意义的理解是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础。首先让学生课前感受生活中的一些电源,初步明确电源是将其他形式的能转化成电能的装置,让学生自己用电压表测量不同类型的电源两极间的电压,为引入电动势的概念作铺垫。再让学生在电脑上进行仿真实验,学生通过连接不同的开关,改变外电阻阻值,内电阻阻值,记录电流、电压,分析数据,探究路端电压与外电阻(电流)的关系,得出路端电压与外电阻(电流)的关系。然后在课堂仿真实验的基础上进入实验室实验。避免了盲目性,引发学生学习的兴趣,再进行讨论,解释现象原因。讲授闭合电路中的功率,进一步从能量的转化角度说明电源是将其他形式的能转化成电能的装置。最后,利用两道例题来应用闭合电路欧姆定律,并适当地延伸拓展,通过课外思考题,使学生对电动势的概念有更深刻的理解。
六、教学方法:探究性实验教学法、多媒体仿真实验探究,实验室验证、实验分析、讨论等方法
(一)电源。展示不同型号、种类电池、手摇发电机,对小灯泡供电。电源不同,结构不同,但有相同的规律。演示:1用小灯泡点触干电池,点触蓄电池,小灯泡发光。2将小灯泡与手机电池相接,小灯泡发光。3手摇发电机,同样能够使小灯泡发光。学生得出结论:干电池、蓄电池是将化学能转化成电能;手摇发电机是将机械能转化成电能。
(二)电源的电动势:模拟实验,介绍电路图(如图1),介绍实验仪器。得出内、外电路,内、外电压的概念,指出电源内部有电阻。看电池内部(如图2),电荷定向移动形成电流,电荷电势能减小.从能量转化的角度初步理解电动势的物理意义。观察仿真实验:电场中两点间电势差在数值上等于什么?利用计算机课件进行模拟实验(如图3)【模拟实验一】:不闭合S2、S3,只闭合S1,观察V1的大小。问题思考:(1)闭合开关S1后,此时伏特表V1测得的电压?(2)此时外电阻多大?学生回答:电动势越大,电源把其他形式的能转化成电能的本领越强。学生模拟实验,分析得出(1)伏特表测电源电动势;(2)外电路电阻无穷大。E在数值上等于外电路断开时电源两端点压。
图1 图2图3
第1节 对欧姆定律的理解和应用
重点考点
欧姆定律是通过“探究导体的电流跟哪些因素有关”的实验得出的实验结论.应注意以下考点:(1)公式()说明导体中的电流大小与导体两端的电压和导体的电阻两个因素有关,其中I、U、R必须对应于同一电路和同一时刻.(2)变形式()说明电阻R的大小可以由()计算得出,但与U、I无关.因为电阻是导体本身的一种性质,由自身的材料、长度和横截面积决定.由此提醒我们,物理公式中各量都有自身的物理含义,不能单独从数学角度理解.(3)串联电路具有分压作用,并联电路具有分流作用.
中考常见题型
中考一般会从两方面考查欧姆定律的应用,一是对欧姆定律及变形公式的理解和简单计算,一般不加生活背景,以纯知识性的题目出现在填空题或选择题中:二是应用欧姆定律进行简单的串并联的相关计算.
例1 (2014.南京)如图1所示,电源电压恒定,R1=20Ω,闭合开关S,断开开关S1,电流表示数是0.3 A;若再闭合开关S1,发现电流表示数变化了0.2 A.则电源电压为____V,R2的阻值为____ Ω.
思路分析:闭合s,断开S1时,电路为只有R1的简单电路,可知电源电压U=U1=I1R1=0.3 Ax20 Ω=6 V;若再闭合S1时,两电阻并联,则U2=U=6 V,因为R1支路两端的电压没有变化,所以通过该支路的电流仍为0.3 A,电流表示数的变化量即为通过R2支路的电流,则I2=().
答案:6 30
小结:本题考查了并联电路的特点和欧姆定律的灵活运用,关键是能判断出闭合开关S1时电流表示数的变化即为通过R2支路的电流.每年的中招都有一个2分的这样的纯计算题目,以考查同学们对基础知识的理解和掌握程度.
例2(2013.鄂州)如图2甲所示的电路,电源电压保持不变.闭合开关S,调节滑动变阻器,两电压表的示数随电路中电流变化的图象如图、2乙所示.根据图象的信息可知____.(填“α”或“b”)足电压表V2示数变化的图象,电源电压为____V,电阻R1____的阻值为____ Ω.
思路分析:国先分析电路的连接情况和电表的作用:电阻R1和滑动变阻器R2串联,电压表V1测的是R1两端的电压,电压表V2测的是滑动变阻器(左侧)两端的电压.因为R1是定值电阻,通过它的电流与电压成正比,所以它对应的图象应是α,那么图象b应是电压表V2的变化图象,观察图象可知:当电流都是0.3 A(找出任一个电流相等的点,两图线对应的电压之和就是电源电压)时,U1=U2=3 V,根据串联电路中电压的关系可知,电源电压为6V,由于R1是定值电阻,所以在图象α上任找一点,代入欧姆定律可知()
答案:b 6 10
小结:欧姆定律提示了电流、电压、电阻三者之间的数量关系和比例关系,三个比例关系分别为:(1)电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比,即()(2)电流一定时,导体两端的电压和它的电阻成正比,即().该规律又可描述为:串联分压,电压的分配和电阻成正比,即电阻大的分压多.(3)电压一定时,导体中的电流和导体的电阻成反比,即(),该规律又可描述为:并联分流,电流的分配和电阻成反比,即电阻大的分流小.图象可以很直观地呈现这种关系,学会从图象中找出特殊点足解决欧姆定律问题的一大技巧,
第2节 动态电路中物理量的变化
重点考点
由于滑动变阻器滑片的移动或开关所处状态的不同,使电路中电流和电压发生改变,这样的电路称之为动态电路.这类题目涉及电路的分析、电表位置的确定、欧姆定律的计算、串并联电路中电流和电压分配的规律等众多知识,因此同学们在分析过程中容易顾此失彼,下面我们通过例题梳理一下解决这类问题的一般思路,
中考常见题型
题日常联系生活实际,以尾气监控、超重监控、温度监控、风速监控、身高测量等为背景,考查该部分知识的掌握情况,存中考题中常以选择题的方式呈现,注意:如果题目中没有特别说明,可认为电源电压和定值电阻的阻值是不变的.
例3(2014.济宁)小梦为济宁市2014年5月份的体育测试设计了一个电子身高测量仪.图3所示的四个电路中,Ro是定值电阻,R是滑动变阻器,电源电压不变,滑片会随身高上下平移.能够实现身高越高,电压表或电流表示数越大的电路是().
思路分析:图A中两个电阻R。和R串联,电流表测量的是整个电路中的电流,当身高越高时,滑动变阻器接入电路中的阻值越大,电路中的电流越小,电流表的示数越小,图B中身高越高时,滑动变阻器连人电路中的阻值越大,电压表测量的是滑动变阻器两端的电压,根据串联电路分压的规律知道,R越大电压表的示数越大,符合题意.图B与图C中滑动变阻器的接法不同,图C中身高越高,滑动变阻器连入电路中的阻值越小,同理知道电压表的示数越小.图D是并联电路,电流表测的是支路电流,根据并联电路各支路互不影响的特点知道,不论人的身高如何变化,电流表的示数都不会发生变化,选B.
小结:分析这类问题依据的物理知识是:(1)无论串并联电路,部分电阻增大,总电阻随之增大,而电源电压不变,总电流与总电阻成反比.(2)分配关系:串联分压(电阻大的分压多),并联分流(电阻大的分流少).(3)在并联电路中,各支路上的用电器互不影响,滑动变阻器只影响所在支路电流的变化,从而引起干路电流的变化.解决这类问题的一般思维程序是:(1)识别电路的连接方式并确定电表位置.(2)判断部分电阻的变化.(3)判断总电阻及总电流的变化.(4)根据串并联电路的分压或分流特点进行局部判断.
例4如图4所示电路,电源电压不变,开关S处于闭合状态.当开关S.由闭合到断开时,电流表示数将____.电压表示数将 ________ .(均填“变大”“不变”或“变小”)
思路分析:当开关S.闭合时,电灯L被短路,电路如图5所示,电压表测的是电阻R两端的电压(同时也是电源电压),电流表测的是通过电阻R的电流.当开关S1断开时,电灯L和电阻R串联,电路如图6所示,此时电压表测电阻R两端的电压,它是总电压的一部分,所以电压表的示数变小;电流表测的是总电流,但跟S,闭合相比,这个电路的总电阻变大,总电压不变,故电流表的示数变小.
答案:变小 变小
小结:本题引起电表示数变化的原因是开关处于不同状态,解决本题的突破口是弄清楚当开关处于不同状态时,电路的连接情况和电表的位置.
第3节 欧姆定律的探究及电阻的测量
重点考点
电学实验探究题的考查比较常规,有以下几方面:(1)选取器材及连接电路:根据题目要求,分析或计算出电表的量程和滑动变阻器的规格,连接电路时开关应断开,滑动变阻器要“一上一下”接入,且滑片要放在阻值最大的位置.电表的量程和正负接线柱要正确.(2)滑动变阻器的作用:保护电路,改变电路中的电流或用电器两端的电压,实现多次测量.(3)分析实验数据得出结论.怎样分析数据才能得出结论是近年来考试的侧重点,要注意结论成立的条件和物理量的顺序.(4)多次测量的目的有两个,如定值电阻的阻值不变,多次测量是为了求平均值减小误差:灯丝电阻是变化的,多次测量是为了观察在不同电压下,电阻随温度变化的规律.难点是单表测电阻和创新型实验的探究与设计.
中考常见题型 中考常以“探究电流与电压或电阻的关系”“测小灯泡的电阻”和“测定值电阻的阻值”这三类题型,以实验探究的方式考查同学们的动手能力和解决实际问题的能力,在常规的考查基础上,近几年又融人器材的选取、电路故障的处理、单表测电阻及如何分析数据才能得出结论等探究内容的考查.
例5用“伏安法”测电阻,小华实验时的电路如图7所示.
(1)正确连接电路后,闭合开关前滑片P应置于滑动变阻器的________(填“左”或“右”)端.
(2)测量时,当电压表的示数为2.4V时,电流表的示数如图7乙所示,则,_____A,根据实验数据可得R2=____Ω.小华在电路中使用滑动变阻器的目的除了保护电路外,还有____.
(3)如果身边只有一只电流表或电压表,利用一已知阻值为Ro的定值电阻、开关、导线、电源等器材也可以测出未知电阻Rx请仿照表1中示例,设计出测量Rx阻值的其他方法.
思路分析:闭合开关前,滑动变阻器的阻值应调到最大.由于测量的是定值电阻的阻值,所以,应该多次测量求平均值减小误差,这正是使用滑动变阻器的另一个目的.测电阻的原理是R=(),即用电压表测出未知电阻两端的电压,用电流表测出通过未知电阻的电流,就能计算出未知电阻的阻值.当只有电流表时,我们应设法“借到”电压,怎样让未知电阻两端的电压和已知电阻两端的电压相等呢?只有组成并联电路,示例也证实了这一点.同样道理,当只有电压表时,我们可以组成串联电路,这样可以借助通过已知电阻的电流来计算未知电阻,